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3D打印技术这35年:从做个模型到制造业的未来丨

2018-08-18 08:37编辑:alsyq.com人气:


原标题:3D打印技术这35年:从做个模型到制造业的未来丨钛科普

3D打印技术这35年:从做个模型到制造业的未来丨

1983年,美国发明家Chuck Hall发明了世界上第一台3D打印机,采用立体光刻技术,但这一技术由于机器庞大和费用高昂,市场并没有很快接受这个概念。但随着更加便宜的3D打印技术(熔丝制造和选择性激光烧结技术)被研发出来,在90年代有多个3D打印公司被创立,这项技术才有了更多的人力和资源来支持其的发展。

35年前,3D打印只能够打印简单模型,而现在3D打印出来的人工关节,在2012年国内就有患者装上了,而家用的3D打印机在淘宝上也可以随意购买。越来越普及的3D打印技术却一直停留在模型和少数产品的制作阶段,如果要进一步打开市场,3D打印需要进入制造业,给传统的制造方式带来一场方式上的革新。

不同于传统的制造业,3D打印的优势在于:不需要花大量的时间来制造生产磨具,产品从设计到生产周期短,可以造出传统制造业造不出的复杂结构,,对于原材料消耗小等。但相对于传统的制造业,3D打印最后成品依旧面对着材料强度物理性能不达标,产品外观不光滑,实际生产时间较长,成本高等缺陷。

今天我们就着3D打印的三个大板块:金属打印,塑料打印,陶瓷玻璃打印, 来分析一下3D打印这项科技目前的发展现状和在制造业前景。

金属打印:点“粉”成“金”

金属打印目前主要以直接金属激光烧结(DMSL)为主,通过用激光融化金属颗粒来成型。在打印的时候激光扫过一层金属粉末,激光高温融化需要融化的粉末,形成2D图像。当这一层金属冷却成型之后,机器铺上另外一层颗粒,重复之前过程,最后形成3D形状。

直接金属激光烧结部件

直接金属激光烧结部件

直接金属激光烧结技术能够打印出来较为复杂的结构,而且随着金属纳米粉末制造技术的成熟,这一技术能实现较好的外观和物理性能。但是由于这一技术的生产时间相对传统的CNN金属切割成型技术过长,而且纳米金属粉末的成本很高,目前还停留在模型制作的阶段。

塑料打印:百花齐放

塑料3D打印从30年前研发出来的熔丝制造(FFF/FDM),已经发展成多种固态,液态粉末态的打印形式了。除了固体状态下的熔丝制造,还有粉末状态下的选择性激光烧结(SLS)液态光定型制造(CLIP)等各种技术

熔丝制造(FFF/FDM)是最常见的3D打印技术,通过融化塑料丝,移动打印头来构造一层2D图像,然后一层一层搭成3D形状。利用这项技术的3D打印机因为占地面积不大,操作方便简单,已经非常普及。同时由于这项技术发展多年,市场上的各种塑料都有为这一技术做熔丝,所以这一项技术在材料方面有很大的选择空间。

熔丝制造多彩的熔丝原材料

熔丝制造多彩的熔丝原材料(图片来源)

然而,熔丝制造的缺陷在于最后成品并不美观,表面会留下塑料丝融化过的痕迹,需要通过后期加工磨砂抛光才能让表面光滑。 同时该技术由于在打印垂直和横向方向的内部结构和材料密度不一样,产品的物理各向异性特别明显,不适合用于打印要承受较大重量的部件。不过由于这项技术的方便快捷以及材料多的特点,已经在生产支具,做产品模型中被较为广泛的应用。

熔丝制造(图片来源:视觉中国)

熔丝制造(图片来源:视觉中国)

选择性激光烧结(SLS)的技术原理和直接金属激光烧结技术非常相似,主要通过用激光融化塑料颗粒来成型。和金属的激光烧结技术一样,塑料选择性激光烧结也需要大型机器和专业人员来操作。同时相比金属的激光烧结可以达到纳米级别的颗粒,塑料并没有纳米级别的颗粒,这也限制了产品最后表面的光滑性和美观性。

不过这一技术由于不需要额外支撑材料,可以打印出非常复杂的结构。这一技术另一大优点是原材料较为便宜,答应时间较短,有成为大批量生产主力军的潜力。

选择性激光烧结部件 (来源:stratasysdirect.com)

选择性激光烧结部件 (来源:stratasysdirect.com)

(来源:网络整理)

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